竖轴式潮流能发电控制研究

【摘要】：随着世界人口的不断增长和社会工业的快速发展,各国对能源的需求量也与日俱增,而作为目前利用最多的常规能源,如煤炭、石油等可燃性化石能源,正在被逐渐地消耗殆尽。同时常规能源燃烧所产生的CO2等气体和废弃物对人类的生活环境造成了严重污染,也破坏了地球的生态系统。因此开发可再生新能源显得尤为重要,它一方面能够缓解社会对常规能源的大量需求,另一方面也能净化生活环境,使人们能够长久健康地工作生活。地球表面的70%被海水所覆盖,所蕴含能量巨大,因此潮流能作为一种可再生能源,开发前景十分可观且对环境造成的污染很少,潮流能发电作为主要利用形式也得到了越来越多的关注和研究。 本文主要就潮流能发电系统的结构和控制系统进行研究,结合课题项目对竖轴式水轮机的工作特点和输出特性做了深入研究,分析了发电系统的工作原理和能量转换过程并在此基础上,设计了发电系统结构。 根据潮流流速和潮流发电的特点,利用数字PI技术和SVPWM技术,研究制定了系统能量控制策略以及直流变换器和逆变器的具体控制方法,实现对发电系统的输出功率的有效控制,并以与电网电压同频的方式和电网顺利连接,为用户所使用。 本文利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了潮流发电系统模型,对所设计控制方法和电网故障时的低压穿越问题进行了仿真实验,仿真结果表明了方法的正确性。在此基础上,基于TI公司的DSP2812控制芯片,设计了发电系统的硬件主回路和控制电路,其中的功率控制器件采用性能优良的IPM(智能功率模块),同时结合软件程序编写,对控制方法进行数字化实现。最后对样机进行了物理实验,实验结果验证了控制策略的可行性和合理性。 本文所研究课题得到国家海洋局海洋可再生能源专项资金项目(GHME2011CL01)的支持。